在旋转和直线运动之间进行转换、并应用活塞与汽缸组合的机械是众所周知 的。在文中称为“往复式机械”的这些机器可以是泵，其中旋转轴和曲柄机械轴 向或直线地沿着预定的冲程驱动汽缸内的往复活塞；或者它们可以是发动机，其 中活塞在汽缸内沿预定冲程轴向地往复，通过曲柄机械驱动旋转输出轴。
上述常规往复式机械具有下列若干缺点。
1、往复活塞由于旋转驱动机械对此作用的非轴向或非直线的力分量，从而 对其关联的汽缸施加了侧向负载。活塞的侧向负载引起活塞与汽缸之间的摩擦， 从而引起机器的磨损，降低机器的运行效率。在大多数泵和马达中，应用了复杂 的润滑系统以降低摩擦和随之发生的磨损。
2、在常规的活塞和汽缸机械中，活塞在汽缸内往复运动，并在其冲程的终 点经受快速反向；已知此位置为“上死点”位置，在文中用“TDC”表示。在 TDC的这一快速反向造成关联阀门的快速开、关，从而引起高的噪声水平，还 有在阀门上的高磨损率。
3、大多数泵具有固定的额定功率和固定的驱动马达速度。当克服低水头压 力进行运转时，这些泵只利用了它们功率中十分小的一部分。
4、在有些应用中，例如在医疗环境中供应清洁空气的泵，禁止在活塞和汽 缸之间使用润滑剂。这时，应用了昂贵、复杂的机械以轴向地引导活塞，使得所 有侧向负载被连杆轴承所吸收。

本发明的目的是提出一种改进的往复式机械，因而也就提出了一种改进的转 换机构，以便在旋转和直线运动或直线和旋转运动之间进行转换，在这种机械中 作用于诸如活塞的往复运动构件上的力基本是直线或轴向的，从而在活塞和汽缸 之间基本不产生侧向负载。
本发明的另一目的是提出一种往复式机械，其活塞在上死点位置附近经受显 著的降速，从而大大降低阀门的噪声和它们对机械的磨损，还增加它们的效率。
本发明的还一目的是提出一种往复式机械，它通过在低活塞水头压力下提供 增大的每转流体排量，使其比现有技术大大有效，从而在应用恒定动力水平时， 促进更高的流量。
根据本发明的一个方面提出了一种运动转换机构，它被设置在驱动装置和从 动装置之间，以便在一个装置中提供旋转运动，而在另一装置中提供往复运动， 该机构包括：一个壳体；一个往复运动构件，它被安装成能沿纵向轴线进行往复 运动，且具有能与装置之一进行连接的第一端部；一个旋转构件，它被安装成能 围绕一条旋转轴线进行旋转运动，且能与另一装置进行连接；一个曲柄臂，它具 有与旋转构件枢转连接的第一端部，和与往复运动构件枢转连接的第二端部；以 及一个对准构件，它横越纵向轴线而延伸，并具有与往复运动构件枢转连接的第 一端部，和与壳体枢转连接的第二端部，从而保持往复运动构件基本与纵向轴线 同轴对准，且从而在其往复运动期间，基本避免往复运动构件的侧向负载。
根据下文描述的本发明较佳实施例的另一些特点，往复运动构件包括一个横 向伸出杆；曲柄臂的第二端部在其与横向伸出杆的接头处与往复运动构件进行枢 转地连接；对准构件的第一端部与往复运动构件的横向伸出杆的外端部进行枢转 的连接。此外，旋转构件的旋转轴线位于往复运动构件的相对端部之间，以便在 往复运动构件上死点位置附近使曲柄臂的第一端部在往复运动构件第一端部和曲 柄臂第二端部之间的某一位置对准往复运动构件的纵向轴线，从而引起往复运动 构件的轴向速度降低。旋转构件的旋转轴线可有选择地放置在往复运动构件的纵 向轴线的侧向预定位置上，以便在其往复运动期间，改变往复运动构件位移的大 小。
在各种描述的实施例中，该机构为由外部驱动装置驱动的泵的活塞-汽缸组 合件。但是下文说明中引用的许多其它可能的发明应用包括应用了加压流体驱动 负载的流体发动机，和驱动负载的汽油发动机。
附图简述
结合附图，通过以下详细说明，将对本发明有更为全面的了解和认识，其中：
图1是根据发明第一实施例设计的、起电动泵作用的往复式机械的横截面图；
图2A是图1中往复式机械的、按图中箭头2方向的详细顶视图，其中其活 塞位于其冲程的前端；
图2B为与图2A相似的视图，但其活塞靠近其冲程的后端；
图3A为活塞速度随活塞位置变化的图表；
图3B(ⅰ)为现有技术系统的框图；
图3B(ⅱ)为本发明系统的框图；
图4A为与图2B相似的局部剖视图，表示其中的动力源的动力输出轴位于 第一位置，提供最大活塞冲程；
图4B为与图4A相似的视图，但其中动力输出轴位于第二位置，提供一个 缩短的活塞冲程；以及
图5是根据发明第二实施例设计的、起双向电动向泵作用的往复式机械的横 截面图。
发明的详细描述
现在请参照图1、2A和2B，图中表示了一种往复式机械，总体用10表 示，它用于将直线运动转换成旋转运动，或反之。一般说，机械10最好具有与 工作流体源(未表示)相联通的第一端部12，和与以16表示的旋转动力源相 联的第二端部14。由图1可见，动力源16具有旋转运动传送构件18。在本 实例中，机械10以泵作为实例，其中动力源16是一台电动马达，它具有动力 输出轴20，在其上安装了一件形状为飞轮22的旋转构件，运动传送构件18 与之连接，马达运行以旋转运动传送构件18，从而在与工作流体源相联通的第 一端部12形成泵送水头。
根据本发明的另一实施例可看到，工作流体运动以驱动机械10，这样，动 力源16不是向机械供应动力，而是它本身被机械驱动，用于向外部装置供应动 力。在这一实例中，动力源16可以是任何一种发动机或发电机。
当发明的机械10被实施成，其第一端部12与工作流体相联通时，它也可 以被设想成，本发明可有用地用作另一类型机械，其中机械通过一个往复构件驱 动一个工作构件。这样的机械可以是例如一台缝合机，或任何其它机械，其中所 需的是工作构件的往复运动。这时，往复构件可由导向构件沿直线路径加以导向。
返回参照本实例，该往复式机械由一个底壳部分11和一个顶壳部分13构 成，它们被密封在一起，并在第一端部被阀板15所封闭。一个具有纵向轴线2 6的汽缸24被放置在底壳部分11之内，并与其紧固。汽缸24具有与机械第 一端部12相邻的第一端部28和第二端部30。分别用32和34(图1)表 示的工作流体输入和输出口位于第一端部28上，且每一口都设置有分别以32’ 和34’表示的单向伞形阀。
活塞36位于汽缸24内，并安装成分别在汽缸第一和第二端部28和30 之间沿着纵向轴线26进行直线往复移动。还设置了形状为连杆38的往复构件， 其第一端部40通过枢轴42与活塞36连接。连杆38还具有一根横向伸出杆 44，它从连杆38的其余部分通过弯头48横向地伸出，并终止于第二端部4 8。
从一个机械10不与工作流体相联的实施例将可看到，活塞36与一个工作 构件(未表示)相联，并起驱动构件的作用，且汽缸24仅起直线导向件的作用。
根据本发明，在连杆38与运动传送构件18之间设置了连系系统，用于在 活塞36的直线运动和运动传送构件18的旋转运动之间进行转换。本发明的连 系系统的特征在于有多个枢轴，它们在运行中能基本吸收所有由运动传送构件1 8的旋转造成的那些相对纵向轴线26为非轴向的力的分量，从而保持连杆38 与纵向轴线26大体地同轴对准，这样在活塞36在汽缸24内移动的期间，基 本避免了活塞36的侧向负载。
可看到，本发明的连系系统主要由曲柄构件50及对准构件52构成。曲柄 构件或臂50具有第一端部54，它通过第一枢轴56与运动传送构件18相连， 从而被旋转地驱动，曲柄构件或臂50还具有第二端部58，它通过第二枢轴6 0与连杆38的弯头46相连。对准构件52通常具有一般为U形的结构，并具 有分别以62和64表示的第一和第二端部。对准构件52的第一端部62通过 第三枢轴66与连杆38的横向伸出杆44的第二端部48相连，而构件52的 第二端部64则通过第四枢轴68与底壳部分11相连。如看到的那样，对准构 件52最好横向穿越纵向轴线26，从而增加机械结构的紧凑性。
特别重要的是，分别以56、60、66和68表示的第一、第二、第三和 第四枢轴相应限定了分别以56’、60’、66’和68’表示的第一、第二、 第三和第四平行枢轴轴线，它们是横向的，最好与纵向轴线26垂直。如由展示 的实施例可见，其优点还在于，连杆38的第一端部40通过枢轴42与活塞3 6相连，该枢轴42定义了第五枢轴轴线42’，其与所述第一、第二、第三和 第四枢轴轴线平行，且连杆38的第一端部40与枢轴42相连，以致可沿着枢 轴轴线42’滑移。所有第一、第二、第三和第四枢轴最好都设置有滚珠轴承结 构。
曾经提过，对准构件52的第一端部62枢轴转动地与连杆38的第二端部 48相连，而对准构件52的第二端部64枢轴转动地与底壳部分11相连。如 早先指出的、并由图2A和2B具体看到的那样，对准构件横越连杆38的纵向 轴线26而横向地延伸，从而使通过对准构件两个枢轴转动端部66、68的直 线相对于在连杆的一个极限位置上的轴线26的一个方向上呈角度α，而相对于 在连杆的相对极限位置上的轴线26的相对方向上呈相同角度α。因此，当机械 运行时，曲柄构件50按箭头70(图2A和2B)旋转，从而引起连杆38的 往复运动，使对准构件52的第一端部62摆动通过预定弧度α，这通常在5- 25°范围内。确切的角度取决于机械部件的相对具体尺寸。这一摆动运动使连 杆38的运动基本沿着纵向轴线26进行。由此可见，所有侧向负载基本被对准 构件52所吸收，并施加至底壳部分11上，不然的话，所有侧向负载将从曲柄 构件50传送至连杆38上。基本为轴向的残余力则施加至连杆38上，从而也 就施加至活塞36上。
作为泵在进行运行时，在如图2B所示的活塞36向其行程的后端运动时， 它将工作流体通过单向伞形阀32’由输入口32吸入至汽缸24中。在其返回 冲程时，活塞36进行运行以便将工作流体通过单向伞形阀34’由输出口34 泵出。这将看到，所示机械10，当作为泵进行运行时，可以用于在输出口34 建立一个高的正压，或者用于在输入口32形成一个真空。
本领域的一般技术人员将意识到，上述往复式机械也可起诸如汽油机的发动 机的作用，其中，不是活塞驱动工作流体(如上述泵的实施例那样)，而是应用 不同的阀门调节以往复驱动活塞。对机械被用作发动机的情况，可以举出无数实 例，最恰当的是所示的电动马达16由发电机加以替代。
本领域的一般技术人员还将意识到，现有技术采用活塞杆导向器，即直线杆 轴承，以消除在活塞上的侧向负载，但它们要求将机械制作成十分长，且价格昂 贵，它们的负载也十分高。
特别要指出的是，本发明的独特的连系系统一共包括五个枢轴位置，其中一 个具有作为径向滑移器的双重作用，这些枢轴位置共同防止活塞36的侧向负载。 所述枢轴的应用，特别是如上述的滚珠轴承枢轴的应用是十分有效的，且没有松 动，因而十分安静。
此外，与常规的曲柄系统不同，那里驱动马达(相当于图1、2A和2B中 的马达16)的位置与活塞36相隔一个相对大的距离，形成了相对较长的机械 组合件，而本发明的机械由于其马达16与活塞36之间的连系连接的独特结构， 因而特别紧凑，同时不损害长的活塞冲程容量。
如图3A的图表所示，本发明的主要特点是在上死点(TDC)位置附近， 也即活塞36处于图2A所示的汽缸24的最上端时，保证活塞36的移动十分 缓慢。在此位置上，阀门通常将它们的作用以打开反转成关闭，或反之。
结合代表现有技术系统的图3B(ⅰ)中的图表和代表本发明机械10的图 3B(ⅱ)，参照图3A中的图表可清楚地看到，在本发明的机械中，在TD C-90°之间，活塞36相对现有技术要明显地减缓，相应活塞的速度差由画 有垂影线的区域表示，还可看到，在区域90°-270°之间，活塞36相对 现有技术要明显地加快，这一相对现技术系统的加速由横影线所画的区域表示。 因此，在总体活塞位移保持不变的同时，在活塞周期中的分布，从而也就是其运 行，如下文将说明的那样，在本发明中的要远比现技术中的有效。
活塞在TDC附近移动缓慢是十分的有利，因为这使阀门有时间完全打开或 关闭，使它们的性能有效。这同时也降低阀门的噪声水平及其磨损，还进一步使 小型泵或发动机能在较高的转速(RPM)下运行，从而提供更高的性能。换而 言之，活塞在TDC的上述减缓使阀门调节更为有效，因为阀门的开、关与常规 曲柄机构，诸如汽油机，相比可在周期的更长部分进行。这使流体的每转排量与 已知泵相比得以增加。
这一特点是借助曲柄构件50通过运动传送构件18(或反之)进行运作而 达到的，特别是通过在TDC时飞轮22，从而也就是运动传送构件18的大的 角向转动而达到的。由于在TDC附近，曲柄构件50的端部54与连杆38位 于其端部40和其联结曲柄构件的枢轴转动接头60之间的纵向轴线26对准， 当曲柄构件50与运动传送构件18一起摆动过一个弧度时，就产生连杆38的 微小轴向移动，从而产生连杆轴向速度的降低。
本发明的特点还在于其结构布局，特别是底壳部分11与马达16的壳体连 接，再进而联合起来以支承第四枢轴68，并限定汽缸24的嵌套空穴。上壳部 分13基本为底壳部分11的盖，对于机械10的运行是不起作用的。阀板15 用螺丝72(图2A和2B)与上壳部分13和底壳部分11连接。
现在请参照图4A和4B，可看到，将马达16的中心从位置A(图4A) 按箭头C的方向(图4A)径向向外并向前移动至位置B(图4B)，可以减少 活塞冲程，从而减少泵的排量。
如图4A所示，动力输出轴20最初是对准的，即其旋转轴线21与纵向轴 线26相交。在此位置上，活塞36沿着汽缸24的全轴长移动，从而提供机械 可利用的最大位移。但是，从图4B可看到，动力输出轴20的位置已在径向向 外和径前方向移动，从而使旋转轴线21不再与纵向轴线26相交。在此位置， 活塞36的最朝后的位置处于汽缸24的后端25之前，因而活塞冲程或位移缩 减。
动力输出轴的调节是通过改变整个动力源16相对壳体部分11的相对位置 而获得的。这可通过设置若干螺丝孔，在图4A和4B中示意地以80和80’ 表示，螺丝类的紧固件82可插入于其中，或者通过任何其它适当机械来达到。
动力输出轴20相对轴线26和活塞36位置的重新布置在不改变TDC的 情况下缩减了活塞冲程，从而使泵能在不增加电力消耗的情况下产生更高的压力 或真空水平。这与常规曲柄机构不同，既不改变活塞连杆38的对准也不改变作 用于其上的侧向负载，因为这两个因素都由对准构件52控制。
现请参照图5，图中展示了一个电动双向或双作用泵，总体用100表示。 一般说，泵100与以上结合图1-3加以示出和描述的泵10相似，因而此处 不再详细加以说明。泵100与任一图1-2B中相同的部件在图5中以相应标 号表示，但增加上标(’)。
泵100与泵10不同在于，它是设计成双向泵，因而在两端都有阀板15’ 。因此，活塞36’可在两个方向运行以泵送流体，从而，与机械10相比，使 泵的输出量增加一倍。
可看到，一般用102表示的、曲柄机构位于其中的后壳部分的体积比汽缸 24’的体积要相对大。由于后壳部分102的体积相对较大，当壳体部分10 2中的压力达到预定数值时，活塞36’在其返回冲程上运行以停止泵送，从而 在往复期间仅仅挤压和释放工作流体。后壳部分102的内部是与壳体其余部分 一起加以气密密封的，从而可起扩大汽缸24’体积的作用。这是通过在后壳部 分102和活塞36’之间设置一个大的开口104而达到的，连杆38’通过 此开口而延伸。
这一有效的扩大可用于使低的压力或真空水平下的流量翻番，如果这一增加 的流量消失，则压力或真空上升。由此可意识到，作为双向泵的泵100消耗单 作用泵在高真空或压力水平时的相同功率，其增加的大好处是低压力/真空水平 下增加的流量以及尺寸缩小的机构、泵和发动机。
在现有技术中，通常力图将汽缸与机械壳体的其余部分密封地隔开，因而在 很多情况还要求连杆或活塞杆与壳体进行动力密封。在本实施例中，从而可意识 到，不仅不要求设置所述的动力密封，而且后部体积可用作附加工作体积，从而 增加机械的流体输出。
这将意识到，因为在本发明描述的任一往复式机械的实施例中，活塞36( 36’)和汽缸24(24’)之间的侧向或径向负载是微不足道的，因而汽缸 和活塞不要求润滑，且无磨损的风险。这种无润滑、低摩擦机械产生的泵送效率 是现有技术无法比拟的，同时热量产生大大减少，因而强迫冷却的需要也随之减 少。
本领域的普通技术人员将看到，本发明并不受限于以上展示实例的说明。相 反，本发明的范围仅由权利要求限定。